基于統計學方法對試驗室結果一致性、有效性分析

盧浩宜

摘 要：文章論述了新建整車國六排放試驗室的構成及各部分的功能用途，并以試驗室測試結果為依據，通過不同的統計學方法對試驗室結果自身一致性進行統計驗證分析，指出不同方法的差異，通過比對分析，評估新建試驗室結果的一致性，為進行多個試驗室之間比對打下基礎：以同一臺試驗車在不同3家單位試驗室的測試結果通過能力統計量Z比分數比對分析。指出不同試驗室結果的差異，并通過ZB值的比對判定，得出新建試驗室結果符合滿意值判定，結合自身一致性驗證分析，可知新建試驗室測試結果是有效的。

關鍵詞：新建試驗室;統計學方法;試驗室比對

中圖分類號：U462? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）04-125-04

前言

自2020年7月1日起，中國將正式全面實施《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）為國家污染物排放標準，該法規確定了更為嚴格的排放限值。以此降低車輛廢氣污染物排放量。

按目前各地區公布的征求意見稿，部分地區會在2019年提前實施國六標準的排放控制要求。滿足新的排放法規要求，是各汽車研發機構在技術改進的一個重要課題。如果汽車研發機構要對新的排放法規運用新的技術來改善尾氣污染物質量，首先需要升級現有或新建符合汽車整車排放測試要求的排放分析設備。整車國六排放試驗室的建立可以滿足最新的中國第六階段排放標準且可擴展歐洲 Ⅵ、EPA等最新排放法規試驗的相關技術要求。

1 整車國六排放試驗室基本構成及功能

整車國六排放試驗室采用奧地利AVL排放測試底盤測功機，德國WEISS環境倉，日本HORIBA超低排放測試分析系統。如圖1所示，是一個完整的整車國六排放試驗室構成圖。

（1）AVL排放測試底盤測功機采用ROADSIM 48”MIM 4x2 LIGHT TRUCK 四驅轉鼓，慣量模擬范圍454kg∽5448kg、軸距范圍2～4.6m，最大速度250km/h。

（2）超低排放測試分析系統采用日本HORIBA型號為MEXA-7400LE系統，該系統主要由定容取樣系統，普通量程分析單元，超低量程分析單元，稀釋空氣凈化系統和顆粒物采樣及顆粒計數單元。排放分析系統采用配備有4個不同流量的文丘里管的定容取樣系統，通過其不同的組合形成不同的稀釋排氣流量。稀釋的樣氣和環境空氣收集到取樣袋中，并將部分尾氣通過顆粒稱重單元及顆粒計數單元來測量顆粒物質量及顆粒個數。將取樣袋中的樣氣通過氣體分析單元進行測量分析樣氣中CO，THC，CH₄，NO_X，CO₂的含量。

（3）WEISS環境倉的溫度工作范圍為-40℃∽+60℃，相對濕度工作范圍為15%∽95%，最大新風量達3000 m?/h，主要用于模擬排放法規低溫排放試驗-7℃冷啟動環境溫度。同時配套了一套全光譜日照系統。

2 基于統計學方法對試驗室結果一致性、有效性驗證比對分析

單個試驗室自身測試結果運用統計學方法的一致性判定，能及時的發現是否存在異常值，及時的剔除異常值后，需要重新做測試，直至測試結果滿足判定要求為止。同時作為新建試驗室測試結果是否一致的一種判定方法。作為不同試驗室間測試結果比對分析的前提，以此為新建試驗室測試結果的有效性統計打下基礎。

3 比對試驗基本情況

為驗證測試結果的一致性及有效性。為此選取3輛測試樣車，每輛試驗次數3次，本次比對試驗項目均為排放國標規定的I型常溫排放試驗，試驗流程和條件均按照標準規定控制。為了方便，本次測試樣車的名稱分別用A車型、B車型、C車型表示，不同單位排放室分別用01、02、03表示，其中01為比對排放室，02、03為參比排放室。

4 單個試驗室自身測試結果一致性驗證分析

運用格拉布斯檢測法對A車型、B車型2輛測試樣車測試結果進行處理，判斷測試結果中是否存在異常值，A、B車型測試車輛均依據GB 18352.5-2013常溫排放I型試驗進行6次試驗，每臺次重復3次，測試結果如表1表2：

統計量反映的是自身3次數據間的差異以及測試數據與標準限值的偏差，3次結果之間差異越小，平均值離標準限值越遠，則統計量越大。從表5中可判定測試結果的一致性為滿意。

5 新建試驗室結果自身一致性不同方法驗證的差異分析

原始數據中，A車型的3次結果差異比B車型的大，各污染物平均值、標準差均比B車型的大。運用不同統計方法計算后，當平均值大的A車型中，最大值判定結果已接近格拉布斯檢測法限值，同時統計量計算結果均比B車型小，考慮到統計量反映的是自身3次數據間的差異以及試驗數據與標準限值的偏差，3次結果之間差異越小，平均值離標準限值越遠，則統計量越大。雖然兩種方法對結果的判定均通過一致性，但統計量方法有標準限值計算因素在，所以對于新建試驗室結果自身一致性驗證，更適合統計量方法判定分析。

6 新建試驗室測試結果有效性比對驗證

本次有效性比對驗證，選取了02、03兩家單位作為參比。C車型測試車輛均依據GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）常溫排放I型試驗項目，每個排放室進行了3次I型試驗，試驗流程和條件均按照標準規定控制。（測試結果如表7）

7 結論

（1）通過對兩臺測試車輛在新建試驗室進行多次的重復性測試試驗，并運用格拉布斯檢測法、統計量方法對其測試結果計算判定分析，確定了該新建整車國六排放試驗室的自身結果一致性較好。

（2）原始數據中，A車型的3次結果差異比B車型的大，各污染物平均值、標準差均比B車型的大。運用不同統計方法計算后，當平均值大的A車型中，最大值判定結果已接近格拉布斯檢測法限值，同時統計量計算結果均比B車型小，考慮到統計量反映的是自身3次數據間的差異以及試驗數據與標準限值的偏差，3次結果之間差異越小，平均值離標準限值越遠，則統計量越大。雖然兩種方法對結果的判定均通過一致性，但統計量方法有標準限值計算因素在，所以對于新建試驗室結果自身一致性驗證，用統計量方法計算判定更嚴謹。

（3）通過比對不同單位排放室的測試結果，并運用基于穩健的Z比分數統計法對測試結果處理分析判定，確定了該新建整車國六排放試驗室的測試結果是滿意的：結合自身一致性結果，綜合判定新建整車國六排放試驗室的測試結果是有效的。

參考文獻

[1] GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法.

[2] GB 18352.5_2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法.

[3] CNAS-GL02能力驗證結果的統計處理和能力評價指南.

[4] GB/T 28043-2011利用實驗室間比對進行能力驗證的統計方法.